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为改善机械零部件的表面耐磨性能,选用含60%碳化钨的Ni基自熔性合金粉末,采用等离子堆焊技术在45钢板表面进行堆焊,以获得界面结合良好的堆焊层。通过正交试验设计与优化,研究堆焊电流、送粉速度、堆焊速度这三个堆焊工艺参数对等离子堆焊层组织和性能的影响,为制备出合格的石油钻头牙轮样件提供技术支持。本文通过金相显微镜(OM)、带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)来表征堆焊层的组织,通过显微硬度测试、粗糙度测量、磨损试验等研究等离子堆焊层硬度、耐磨损性能。分别选取堆焊电流(80、100、120A)、送粉速度(18、22、26g/min)、堆焊速度(0.06、0.08、0.10r/min)的工艺进行正交试验设计。获得了界面冶金结合良好、WC颗粒分布较为均匀的堆焊层。研究了不同堆焊工艺对堆焊层中WC颗粒形貌和分布的影响。结果表明:等离子堆焊工艺决定着堆焊层中WC颗粒的形貌和分布,碎屑状、羽毛状、板条状、针状、团簇状以及鱼骨状是堆焊层中WC颗粒的典型形貌。随着堆焊电流增加,WC颗粒溶解增加,形貌开始由碎屑状、团簇状向针状、板条状、鱼骨状等转变。研究了等离子堆焊层相组成。结果表明:堆焊层中除了 WC颗粒和γ-Ni固溶体,还存在FeNi3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6等金属间化合物,随着等离子堆焊电流的增加,WC颗粒溶解逐渐增加,逐渐形成Fe6W6C、Co6W6C等新的金属间化合物。研究了等离子堆焊工艺对堆焊层性能的影响。结果表明:堆焊电流对稀释率及堆焊层硬度影响最大,而送粉速度主要影响成形系数及耐磨损性能。堆焊电流增加,稀释率增加,硬度降低,提高送粉速度,成形系数增加,耐磨损性能降低。当堆焊电流、送粉速度、堆焊速度分别取80A、26g/min、0.10r/min时,WC颗粒呈碎屑状,分布最为弥散,硬度和耐磨损性能最好。